[PENDING] Μελέτη και Κατασκευή Τρισδιάστατου Εκτυπωτή

(1)

ΑΤΕΙ Θεσσαλονίκης

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Θεσσαλονίκης Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών

Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής

Πτυχιακή εργασία με θέμα

Μελέτη και Κατασκευή Τρισδιάστατου Εκτυπωτή (A Study and Construction of a 3D Printer)

του σπουδαστή: ΗΛΙΑ ΓΟΥΣΙΟΠΟΥΛΟΥ ΑΜ:011445

Επιβλέπων καθηγητής : ΗΛΙΟΥΔΗΣ ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ

Θεσσαλονίκη, Μάιος 2017

(2)

ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Σελ.- 4 - ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σελ.- 5 - ABSTRACT Σελ. - 6 - ΓΛΩΣΣΑΡΙ Σελ. - 7 - 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1.1 Περίληψη Σελ. - 7 - 1.2 Κίνητρο Σελ. - 7 -

1.3 Σκοπός και Στόχος της Εργασίας Σελ. -9- 2. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ Σελ. - 9 -έως σελ.-12-

3. ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗ ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΚΑΙ ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΗΣ 3.1 Το Φάσμα των τεχνολογιών Σελ - 12 - έως σελ. -13- 3.2 Material extrusion Σελ. - 13 -έως σελ.-15- 3.3 VAT photopolymerization Σελ - 15 -έως σελ. -16- 3.4 Material jetting Σελ.- 16 -έως σελ. -17- 3.5 Binder jetting Σελ- 17 -έως σελ. -18- 3.6 Μέθοδος Powder bed fusion Σελ.- 18 -έως σελ. -19- 3.7 Directed energy deposition Σελ.- 19 - 3.8 Μέθοδος Sheet lamination Σελ.- 19 -έως σελ. - 20-

3.9 Ταχεία 3D εκτύπωση πρωτοτύπων Σελ - 20 - έως σελ.-21- 3.10 3D Εκτύπωση καλουπιών και άλλα εργαλεία Σελ - 21 -έως σελ. -22- 3.11 Άμεση Ψηφιακή Βιομηχανία (DDM ) Σελ - 22 - έως σελ -24- 3.12 Προσωπικές Κατασκευές Σελ - 23 -

4. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 3D PRINTING Σελ. -25- - 24 -

4.1 Οπτικοποίηση - Visualization Σελ - 24 -έως σελ. -26- 4.2 Πρωτοτυποποίηση - Prototyping Σελ - 25 -

(3)

4.3 Digital Manufacturing Σελ - 25 -έως σελ -27- 4.4 Pre-Production Σελ. - 27 - 4.5 Hobbyist Σελ. - 27 - 4.6 Χαρακτηριστικά απόδοσης 3D Printer Σελ. - 28 - 4.7 Ταχύτητα εκτύπωσης Σελ. - 28 - 4.8 Transfer Imaging. Σελ. - 28 - 4.9 Κόστος Σελ - 28 -έως σελ. -31- 4.10 Λεπτομέρεια - Ανάλυση Σελ. - 30 - 4.11 Ακρίβεια Σελ. - 30 -έως σελ. -32- 4.12 Ιδιότητες υλικών Σελ. - 31 - έως σελ. -34- 4.13 Χρώμα Σελ. - 33 - 5. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ 3D PRINTER Σελ. - 34 - έως σελ. -36- 5.1 Αξονες Ελέγχου Υ,Χ,Ζ ...

5.1.1 Σκελετός Σελ. -37- έως σελ. -41- 5.1.2 Stepper Motors Σελ.- 46 -έως σελ. -43-

5.2 Μηχανικά Κομμάτια ...

5.2.1 Headed Bed Σελ.- 56 -έως σελ. -45- 5.2.2 Extruder Σελ.- 56 - έως σελ.-47- 5.3 Electronics

5.3.1 Τροφοδοτικό Σελ.- 56 - 5.3.2 Motherboard Σελ.- 56 - 5.3.3 Stepper Motor Drivers Σελ.- 56 - έως σελ.-50- 5.3.4 Οριακοί Διακόπτες Σελ.- 56 - έως σελ.-52- 6. ΒΕΛΤΙΩΣΕΙΣ Σελ.- 56 - έως σελ.-54- 6.1 Μελλοντικές Βελτιώσεις Σελ.- 56 - 6.2 Συμπεράσματα Σελ.- 56 - έως σελ. -56- 7. ΒΙΒΛΙΟΓΑΦΙΑ Σελ.- 56 -

(4)

ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ

Η παρούσα εργασία αποτελεί προϊόν σκληρής μελέτης και προσπάθειας για την επί- τευξη αυτού του αποτελέσματος. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς μου για την στήριξη όλα αυτά τα χρόνια και για τον άνθρωπο που είμαι τώρα, τον αδερφό μου που ήταν πάντα κοντά μου. Τους φίλους μου για τις ιδέες και τις παρατηρήσεις του.

Ένα ξεχωριστό ευχαριστώ στη γυναίκα μου που με ανέχτηκε όλον αυτό τον καιρό σιωπηρά και μου έδινε δύναμη. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κο Ηλιούδη για την υπομονή του για τις πάντα στοχευόμενες κατευθύνσεις του και για την καθοδή- γηση του καθ’ όλη τη διάρκεια μέχρι και την ολοκλήρωση της πτυχιακής εργασίας.

(5)

ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Σκοπός της πτυχιακής αυτής είναι η μελέτη, η σχεδίαση και η κατασκευή ενός ε- κτυπωτή τρισδιάστατων αντικειμένων (3d printer). Για το λόγο αυτό και στα πλαίσια της υλοποίησης της, ερευνήθηκαν όλες οι δυνατές επιλογές όσον αναφορά το είδος του οικιακού εκτυπωτή που θα κατασκευαστεί, το μέγεθος του εκτυπωτή, το είδος των υλικών εκτύπωσης και τέλος τα ηλεκτρονικά και ηλεκτρολογικά κομμάτια που θα χρησιμοποιηθούν. Στην εργασία αυτή παρουσιάστηκε εκτενώς η διαδικασία κατα- σκευής του εκτυπωτή κομμάτι- κομμάτι βήμα- βήμα για να μπορέσει να γίνει κατανο- ητή η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε καθώς επίσης και να αναδειχθεί η πολυπλο- κότητα της κατασκευής και ο βαθμός δυσκολίας του εγχειρήματος.

Λέξεις κλειδιά : Εκτυπωτής τρισδιάστατων αντικειμένων, κατασκευή, filaments, αρ- χεία .STL

(6)

ABSTRACT

The purpose of this essay is the study, the design and the build of a 3d printer.

For the purpose of this essay, all the possible choices as far as the kind and the size of the 3d printer, the materials that will be used for the printed items and the electronics that will be used, where carefully searched and examined. In this essay the building process was extensively shown, bit by bit in order for the reader to un- derstand the methodology of the process, the complexity and the degree of difficulty of the project.

Keywords: 3d printer, build, filament, .stl files

(7)

ΓΛΩΣΣΑΡΙ

3d printer Εκτυπωτής τρισδιάστατων αντικει-

μένων

Extruder Εξοθητής υλικού

Heated bed Θερμαινόμενο κρεβάτι εκτύπωσης

Stepper motor Βηματικός κινητήρας

Stepper motor driver Οδηγός βηματικού κινητήρα

Heater cartridge Θερμαινόμενη αντίσταση

Thermistor Θερμίστορ

Threaded rod Ανοξείδωτη σπειροειδή βέργα

Lead screw nut Ορειχάλκινα παξιμάδια

Motherboard Μητρική πλακέτα ελέγχου

Igus bearings Έδρανα Τριβής Igus

(8)

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

1.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ

Σκοπός της πτυχιακής αυτής είναι η κατασκευή και η μελέτη ενός εκτυπωτή τρισδιάστατων εκτυπώσεων (3d printer). Στο πλαίσιο της κατασκευής του εκτυπωτή, ασχοληθήκαμε με τρόπους και μεθοδολογίες οι οποίες θα μας βοηθούσαν να ολο- κληρώσουμε την κατασκευή πιο σύντομα και με λιγότερες απώλειες. Εξαιτίας του ότι το αντικείμενο είναι αρκετά ξένο, έγιναν κάποια λάθη στην αρχή όσον αναφορά τα εξαρτήματα αλλά και στην κατασκευή με αποτέλεσμα να χρειαστεί χρόνος για να δι- ορθωθούν.

Αφού ολοκληρώθηκε η κατασκευή, το επόμενο δύσκολο κομμάτι ήταν η παραμετροποίηση του εκτυπωτή έτσι ώστε να λειτουργεί με τον καλύτερο δυνατό τρόπο και από άποψη ποιότητας εκτύπωσης ( ανάλυσης) , αλλά και από άποψη χρόνου εκτύπωσης. Η ολοκλήρωση της διαδικασίας αυτής ήταν αποτέλεσμα λεπτο- μερών μετρήσεων και χρήση του κατάλληλου λογισμικού (Pronterface)

Τέλος, η διαδικασία ολοκληρώθηκε με τους ελέγχους της ορθής λειτουργίας όλων των εξαρτημάτων του εκτυπωτή καθώς και με τη πραγματοποίηση κάποιων δοκιμαστικών εκτυπώσεων για να διαπιστωθεί ποιες παράμετροι έπρεπε να διορθω- θούν και στο σχέδιο αλλά και στο πρόγραμμα εκτύπωσης (Slic3r).

1.2 ΚΙΝΗΤΡΟ

Κίνητρο για την εκπόνηση της συγκεκριμένης πτυχιακής αποτέλεσε το γε- γονός ότι η τεχνολογία της 3d εκτύπωσης είναι ραγδαία αναπτυσσόμενη στην εποχή μας και έχουν γίνει τεράστια άλματα τον τελευταίο καιρό στον τομέα αυτό. Όσο ανα- φορά το κομμάτι των επιτραπέζιων τρισδιάστατων εκτυπωτών, εξαιτίας του μεγάλου ενδιαφέροντος σε πρώτη φάση από χομπίστες, είχε ως αποτέλεσμα να μειωθεί πά- ρα πολύ το κόστος τους και από τα περίπου 2000$ που κόστιζε πριν από 2-3 χρόνι- α, σήμερα μπορεί κάποιος να αποκτήσει έναν επιτραπέζιο εκτυπωτή με μόλις 200$.

Επιπλέον κίνητρο αποτέλεσε το γεγονός ότι στη χώρα μας βρίσκεται ακόμα σε εμβρυικό στάδιο καθώς πολύ λίγες είναι οι εταιρίες οι οποίες ασχολούνται με τον τομέα αυτό! Εκτός από όλα τα παραπάνω σημαντική ώθηση για την εκπόνηση της πτυχιακής αποτέλεσε και η επιθυμία μου να κατασκευάσω μία μηχανή η οποία θα είχε τη δυνατότητα να δημιουργεί οποιαδήποτε αντικείμενα ανάλογα με τις ανάγκες και τις επιθυμίες μου.

(9)

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού 1.3 ΣΚΟΠΟΣ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Στόχος λοιπόν της εργασίας με βάση τα όσα έχουν αναφερθεί στις προη- γούμενες παραγράφους είναι η μελέτη και η κατασκευή ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή ο οποίος θα μπορεί να δημιουργεί τα αντικείμενα που θα του δίνονται μέσα από ένα πρόγραμμα στην κατάλληλη μορφή με όσο το δυνατόν πιο ακριβή και σύντομο τρό- πο. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν τα κατάλληλα εργαλεία και εξαρτήματα κα- θώς επίσης και το ανάλογο λογισμικό το οποίο θα μετατρέπει το σχέδιο μας σας γλώσσα που θα την καταλαβαίνει ο εκτυπωτής (G code). Προσωπικός στόχος μου, ήταν αρχικά η γνωριμία με το αντικείμενο, η ενασχόληση μου καθώς επίσης και η ε- πιθυμία να εξελίσσω συνεχώς τις γνώσεις μου τις ικανότητές μου και τις δυνατότητές μου πάνω σ’ αυτόν τον πάρα πολύ ενδιαφέρον τομέα.

2. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ

Οι ρίζες της 3D εκτύπωσης εντοπίζονται στη δεκαετία του 80, με τον Dr Hideo Kodama να κάνει την πρώτη αναφορά σε μέθοδο για Rapid Prototyping(RP) με χρή- ση φωτοπολυμερών υλικών το 1981 στην Ιαπωνία. Ο Kodama δεν πατένταρε την ανακάλυψή του αν και ήταν ο ίδιος δικηγόρος.

1.Hideo Kodama

Η πρώτη πατέντα για συσκευή RP αποδίδεται στον Charles Hull, ο οποίος επι- νόησε την τεχνική της στερεολιθογραφίας για την εκτύπωση τρισδιάστατων αντικειμέ- νων με χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας, η οποία βασίζεται ουσιαστικά στην ιδέα του Kodama, και θεωρείται ο πατέρας του 3D Printing. Κατασκεύασε την πρώτη συσκευή στερεολιθογραφίας (StereoLithography Apparatus - SLA) το 1983 και το 1987 πα- ρουσιάστηκε το πρώτο σύστημα RP, το SLA-1, στο ευρύ κοινό από την εταιρία 3D Systems την οποία ίδρυσε και αποτελεί μέχρι και σήμερα μια από τις μεγαλύτερες και πιο δημιουργικές εταιρείες παγκοσμίως στον τομέα αυτό!

(10)

2.Charles Hull

Τα επόμενα χρόνια υπήρξε μεγάλο ενδιαφέρον για την νέα τεχνολογία και ανα- πτύχθηκαν πολλές καινούριες μέθοδοι 3D εκτύπωσης από διάφορες εταιρίες. Μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 2000 η χρήση των 3D εκτυπωτών περιοριζόταν κυρίως σε βιομηχανικές εφαρμογές και, μάλιστα, στην κατασκευή πρωτοτύπων (RP), ώστε να εξετάζεται η καταλληλότητα των προϊόντων πριν αρχίσει η παραγωγή τους. Επί- σης, οι συσκευές εκτύπωσης είχαν μεγάλο μέγεθος και κόστος. Σημαντικό γεγονός αποτέλεσε η εφαρμογή της 3D εκτύπωσης στην ιατρική με την επιτυχημένη εκτύπω- ση ουροδόχου κύστης το 1999, ανοίγοντας τον δρόμο για μια πληθώρα εφαρμογών στην επιστήμη της ιατρικής.

3.Τρισδιάστατα εκτυπωμένη ουροδόχος κύστη

Η δεκαετία του 2000 έφερε αξιοσημείωτες εξελίξεις στον τομέα των 3D εκτυπω- τών. Έκαναν, πλέον, την εμφάνισή τους εκτυπωτές που υποστήριζαν τη χρήση δια- φορετικών χρωμάτων για τα μοντέλα που κατασκεύαζαν ή διαφορετικών υλικών, ενώ το 2001 κατασκευάστηκε ο πρώτος επιτραπέζιος εκτυπωτής.

(11)

4.Επιτραπέζιος Εκτυπωτής

Το 2005 το Reprap Project άλλαξε ραγδαία την πορεία της τρισδιάστατης εκτύ- πωσης. Αποτελεί ένα open-source πρόγραμμα με εμπνευστή τον Adrien Bowyer, μέ- σω του οποίου προσφέρονται δωρεάν οδηγίες κατασκευής ενόs 3D

εκτυπωτή και το απαραίτητο software για επικοινωνία με τον υπολογιστή, καθώς και τρισδιάστατα μοντέλα αντικειμένων προς εκτύπωση.

5.Dr Adrian Bowyer και ο Vik Olliver

Το 2008 αρχίζουν να διατίθενται οι οδηγίες κατασκευής του μοντέλο Reprap Darwin, κάνοντας τους 3D εκτυπωτές προσβάσιμους σε κάθε χρήστη. Ο εκτυπωτής αυτός μπορούσε, μάλιστα, να τυπώσει το 50% των τμημάτων του, κάνοντας εύκολη τη κατασκευή και άλλου εκτυπωτή με την προϋπόθεση ότι ο χρήστης έχει στην κατο- χή του το μοντέλο αυτό. Την επόμενη χρονιά κυκλοφόρησε το Reprap Kit, το οποίο περιείχε όλα τα κομμάτια που χρειάζεται ο εκτυπωτής και οδηγίες για την συναρμο- λόγησή του, με πολύ χαμηλό κόστος.

(12)

.

6.Reprap Darwin

Το 2008 επίσης εκτυπώνεται το πρώτο προσθετικό μέλος (πόδι), ανοίγοντας ένα νέο ορίζοντα στον τομέα αυτόν ενώ ταυτόχρονα δίνει ελπίδα σε ανθρώπους που πα- λιότερα δε μπορούσαν να αποκτήσουν προσθετικό μέλος εξαιτίας του υψηλού κό- στους κατασκευής σε αντίθεση με το πλαστικό που είναι πολύ πιο φθηνό αλλά εξίσου ανθεκτικό. Το 2008 είναι επίσης η χρονιά κατά την οποία ξεκινάει το Thingiverse, από την Makerbot’s, ένας διαδικτυακός, χώρος για 3d models, τα οποία μπορούν να διακινηθούν δωρεάν και ελεύθερα.

Η εξέλιξη της τεχνολογίας της τρισδιάστατης εκτύπωσης έφερε και την εξέλιξη στον τομέα της ιατρικής καθώς το 2009 παράγεται το πρώτο εκτυπωμένο αιμοφόρο αγγείο από την εταιρεία Organovo.

Τα επόμενα χρόνια, η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης εξελίχθηκε ση- μαντικά και εφαρμόστηκε σε μία πληθώρα εφαρμογών σε διάφορες επιστήμες, ενώ το κόστος έπεσε σημαντικά, με έναν οικιακό εκτυπωτή να κοστίζει περίπου 200 δο- λάρια σε σύγκριση με τις χιλιάδες δολάρια που κόστιζαν τα παλιότερα χρόνια.

3. ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗ ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΚΑΙ ΤΑ ΕΙΔΗ ΤΗΣ

3.1 ΤΟ ΦΑΣΜΑ ΤΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ

Η 3D εκτύπωση καλύπτει ένα ευρύ φάσμα των τεχνολογιών «προσθετικής κατασκευής» . Κάθε ένα από αυτά χτίζει αντικείμενα σε διαδοχικά στρώματα που εί- ναι συνήθως λεπτό περίπου 0,1 mm. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται διαφέρουν σημαντικά , αλλά όλα ξεκινούν με τη βοήθεια υπολογιστή σχεδιασμού ( CAD ) μοντέ- λου ή με μια ψηφιακή σάρωση . Αυτό στη συνέχεια σε επεξεργασία από «slicing software» που χωρίζει το αντικείμενο σε λεπτές κάθετες διατομές εκτυπώνονται το ένα πάνω από το άλλο.

(13)

1.Το πρόγραμμα Cura και η τρισδιάστατη εκτύπωση του αντικειμένου

Με βασικούς όρους υπάρχουν τέσσερις κατηγορίες 3D εκτυπωτή. Κατ 'αρχάς έχουμε εκτυπωτές που εξωθούν λιωμένο ή άλλως ημι-υγρό υλικό. Δεύτερον, υπάρχουν εκτυπωτές που στερεοποιούν μια φωτοεπεξεργασμένη ρητίνη. Τρίτον, υπάρχουν εκτυπωτές που συγκολλούν η συντήκουν τους κόκκους ειδικής σκόνης.

Τέλος, υπάρχουν εκτυπωτές που κολλούν μεταξύ τους κομμένα φύλλα χαρτιού, πλαστικού ή μέταλλου.

Πολλές εταιρείες κατασκευάζουν πλέον 3D εκτυπωτές, πολλοί από τους οποίους έχουν επενδύσει σημαντικό χρόνο και χρήμα στην ανάπτυξη και τήρηση των διαδικασιών στις οποίες βασίζεται το υλικό τους. Επομένως, υπάρχουν πάρα πολλές 3D τεχνολογίες εκτύπωσης μέσα από τις παραπάνω τέσσερις κατηγορίες. Για εμπο- ρικούς σκοπούς, στις τεχνολογίες αυτές έχουν επίσης δοθεί διάφορες ονομασίες. Αυ- τό σημαίνει ότι η αγορά 3D εκτυπωτών είναι γεμάτη με ακρωνύμια και ορολογία, με διάφορες εταιρείες να χρησιμοποιούν διαφορετικούς όρους για να αναφέρονται στην ίδια 3D διαδικασία εκτύπωσης.

Σε μια προσπάθεια να παρουσιάσει κάποια σαφήνεια για την αγορά 3D ε- κτυπωτών, ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης (ISO) και η Αμερικανική Εταιρεία Δοκιμών και Υλικών (ASTM) έχουν αναπτύξει διάφορα πρότυπα. Η πιο πρόσφατη από αυτές εισήχθη το Δεκέμβριο του 2015 και ονομάζεται ISO / ASTM 52900. Αυτή ορίζει επτά 3D τεχνολογίες εκτύπωσης, οι οποίες συνοψίζονται παρακάτω.

3.2 MATERIAL EXTRUSION

Η εξώθηση υλικού χρησιμοποιεί ένα ακροφύσιο για την εξώθηση ενός ημι- υγρού υλικού για τη δημιουργία διαδοχικών στρωμάτων αντικειμένου. Το υλικό κατα- σκευής είναι κυρίως ένα θερμοπλαστικό όπως βουταδιένιου ακρυλονιτριλίου στυρο- λίου (ABS), πολυανθρακικό (PC), νάιλον, ή το βιοπλαστικό πολυγαλακτικό οξύ (PLA). Όποιο και αν είναι το υλικό που χρησιμοποιείται, ι συνήθως παραδίδεται σε μία κεφαλή εκτύπωσης ως στερεό, λεπτής νηματώδους μορφής το οποίο στη συνέ- χεια θερμαινόμενο μετατρέπεται σε υγρή μορφή.

(14)

Σήμερα, εξώθηση υλικού είναι η πιο κοινή 3D διαδικασία εκτύπωσης. Η τε- χνολογία εφευρέθηκε από τον Scott Crump το 1988, ο οποίος έχει ιδρύσει μια εται- ρεία που ονομάζεται Stratasys για να εμπορευματοποιήσει την εφεύρεσή του. Ο Crump επέλεξε να ονομάσει την τεχνολογία » used deposition modelling» ή «FDM», και κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και εμπορικών σημάτων αυτούς τους ό- ρους. Ως εκ τούτου, ενώ πολλοί άνθρωποι χρησιμοποιούν τη φράση «FDM» για να αναφερθούν σε αυτό το είδος της 3D εκτύπωσης, μόνο ο Stratasys κάνει πραγματικά εκτυπωτές FDM 3D. Οι άλλοι κατασκευαστές αναφέρονται στην ίδια διαδικασία ως

«θερμοπλαστική εξώθηση», «εκτύπωση πλαστικών jet» (PJP), η «fused filament method» (FFΜ) ή «fused filament fabrication» (FFF).

Τα αναλώσιμα υλικά των 3D εκτυπωτών εξώθησης μπορούν τώρα να αγο- ραστούν για μερικές εκατοντάδες δολάρια. Από την άλλη πλευρά, τα υψηλής ποιότη- τας και τεχνολογίας βιομηχανικά μηχανήματα - όπως το Stratasys 900mc 3D Production System - εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια και μπορεί να παράγει τελικά α- ντικείμενα με συγκρίσιμη ποιότητα με τα υλικά που παράγονται με τη μέθοδο χύτευ- σης. Υπάρχουν τώρα επίσης μερικοί πολύ μεγάλοι 3D εκτυπωτές που εξωθούν θερ- μοπλαστικά, συμπεριλαμβανομένου του Big Rep. ONE και το Big Area Additive Manufacturing Machine (Baam) από Cincinati Incorporated. Ο τελευταίος είναι αρκε- τά μεγάλος για την κατασκευή του σασί και το σώμα πλήρους μεγέθους αυτοκίνητου.

2.Ο μεγάλος Rep Rap One και το τρισδιάστατα εκτυπωμένο τραπέζι

Εκτός από τα καθαρά θερμοπλαστικά, υπάρχει ένας αυξανόμενος αριθμός θερμοπλαστικών συνθέτων που μπορούν να εκτυπωθούν 3D , συμπεριλαμβανομέ- νων, θερμοπλαστικά αναμιγνυόμενα με μέταλλα , ίνες άνθρακα και νανοσωλήνες άνθρακα . Όπως απεικονίζεται παρακάτω , είναι επίσης δυνατή η εξώθηση σκυροδέ- ματος , πηλού και πολλά διαφορετικά είδη τροφίμων .

(15)

3.Δελτοειδής 3d printer πυλού, κι ένας ρομποτικός 3d printer φαγητού στην υπηρεσία της γαστρονομί- ας

3.3 VAT PHOTOPOLYMERIZATION

Η Μέθοδος «VATphotopolymerization χρησιμοποιεί ένα λέιζερ ή άλλη πηγή φωτός για να τη στερεοποίηση των διαδοχικών στρεμμάτων στην επιφάνεια ή βάση των υγρών φωτοπολυμερισμένης ρητίνης. Η πρώτη εμπορική 3D εκτύπωση βασί- στηκε σε μια τεχνική φωτοπολυμερισμού που ονομάζεται «στερεολιθογραφία». Ε- φευρέθηκε από τον Charles Hull το 1984, ο οποίος στη συνέχεια ίδρυσε 3D Systems.

Στους Στερεολιθογραφικούς 3D εκτυπωτές (γνωστοί ως SLAs). τοποθετεί- ται μια διάτρητη πλατφόρμα ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του υγρού φωτοπολυ- μερισμένης ρητίνης. Μία δέσμη λέιζερ UV τότε ανιχνεύει την πρώτη τομή του προτύ- που στην επιφάνεια αυτού του υγρού, προκαλώντας ένα πολύ λεπτό στρώμα του φωτοπολυμερούς για να σκληρύνει. Η διάτρητη πλατφόρμα κατόπιν χαμηλώνει πολύ ελαφρά και η διαδικασία επαναλαμβάνεται έως ότου ολοκληρωθεί η εκτύπωση του αντικείμενου.

Μια άλλη τεχνολογία φωτοπολυμερισμού είναι η «DLP projection». Αυτή χρησιμοποιεί έναν προβολέα για να στερεοποιήσει τα στρώματα υγρού φωτοπολυ- μερούς μία πλήρη διατομή κάθε φορά έως ότου ολοκληρωθεί η εκτύπωση του αντι- κείμενου. Ένας από τους κορυφαίους κατασκευαστές αυτού του είδους 3D εκτυπωτή είναι η Envisiontec.

Η λειτουργία των 3D εκτυπωτών φωτοπολυμερισμού είναι δαπανηρή λόγω του κόστους των ρητινών φωτοπολυμερούς, αλλά προσφέρουν πολύ υψηλές αναλύ- σεις και αποδίδουν ν άριστη ποιότητα επιφάνειας. Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, οι 3D εκτυπωτές φωτοπολυμερισμού θεωρούνταν πολύ δαπανηροί. Ωστόσο, υπάρχουν πλέον αρκετοί κατασκευαστές - συμπεριλαμβανομένων FormLabs και Photocentric 3D - που προσφέρουν αυτό το είδος του υλικού για μερικές χιλιάδες ή ακόμα και με- ρικές εκατοντάδες δολάρια.

(16)

4.‘Ενας προσωπικός 3d printer φωτοπολυμμερισμού από τη FormLabs και οι φωτοκεντρικές εκτυπω- σεις του.

3.4 MATERIAL JETTING

Χρησιμοποιεί μια κεφαλή εκτύπωσης για να ψεκάζονται τα υγρά στρώματα που συνήθως στη συνέχεια στερεοποιούνται με έκθεση σε υπεριώδες φως . Αυτό προσφέρει και πάλι πολύ υψηλής ανάλυσης 3D εκτύπωση και είναι ακόμα σε θέση να παράγει πολύχρωμες και πολλαπλών υλικών με ψεκασμό πολλών διαφορετικών υλικών από μια κεφαλή εκτύπωσης πολλαπλών ακροφυσίων σε διάφορους συνδυα- σμούς. .

Η τελευταία μέθοδος Material jetting 3D εκτυπωτή από τη Stratasys - το J750 -μπορεί να κατασκευάζει αντικείμενα από έξι διαφορετικά υλικά (τόσο σκληρά όσοι εύκαμπτα ) σε έως και 360.000 χρώματα , και με ένα 0,014 χιλιοστά ( 14 micron ) στρώμα . Η μέθοδος Material jetting παραμένει μια ακριβή τεχνολογία 3D εκτύπω- σης , αλλά όπως παρακάτω οι εικόνες αποδεικνύουν , τα αποτελέσματα μπορεί να είναι θεαματικά .

5.Αντικείμενα εκτυπωμένα σε έναν εκτυπωτή ψεκασμού υλικού από την Stratasys

Στο εγγύς μέλλον , μια νέα τεχνολογία Material jetting που ονομάζεται « νανοσωματιδίων ( NPJ ) αναμένεται στην αγορά . Αναπτύχθηκε από την Xjet ( που ανέπτυξε επίσης το παραπάνω υλικό Material jetting τώρα ανήκει στην Stratasys ) . Ψεκάζονται στερεά νανοσωματίδια μετάλλου μέσα σε ένα υγρό εναιώρημα , επιτρέ-

(17)

ποντας έτσι την τεχνολογία inkjet σε απευθείας 3D εκτύπωση με πολύ λεπτομερή μεταλλικά μέρη .

3.5 BINDER JETTING

Η Τεχνολογία Binder jetting χρησιμοποιεί μια κεφαλή εκτύπωσης που ψε- κάσει επιλεκτικά ένα συνδετικό υλικό ( ή με άλλα λόγια κόλλα ) σε διαδοχικά στρώμα- τα ισχύος. Πολλοί 3D εκτυπωτές Τεχνολογίας Binder jetting ψεκάζουν χρωματιστά μελάνια , καθώς και το συνδετικό υλικό στις στρώσεις πούδρας , έτσι που τους επι- τρέπει να παράγουν πλήρες χρώμα εξόδου .

Συνηθέστερη πούδρα που χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό ψεκασμού είναι ένα σύνθετο με βάση τον γύψο που πρέπει να έχει την επιφάνεια του επικαλυμ- μένη μετά την εκτύπωση εάν απαιτείται σκληρό αντικείμενο. Ωστόσο , η projet 4500 από την 3D Systems κατασκευάζει έγχρωμα αντικείμενα από ένα ανθεκτικό πλαστικό σε σκόνη .

Ακόμη, άλλα συνδετικά υλικά ψεκασμού μπορεί να φτιάξουν αντικείμενα κολλώντας μεταξύ τους άμμο ή σκόνη μετάλλων . Όταν ένα συνδετικό ψεκάζεται στην άμμο , το τελικό αντικείμενο χρησιμοποιείται σαν άμμο χύτευσης καλούπι ή μοτίβο , στο οποίο χύνεται τηγμένο μέταλλο . Μόλις το μέταλλο έχει ψυχθεί και στερεοποιηθεί , η άμμος κατόπιν αποχωρίζεται.

6.Έγχρωμη εκτύπωση από έναν 3D Systems Project 4500 και μία εκτύπωση από εκτυπωτή της Ex- One

Εκτύπωση με συνδετικό υλικό ψεκασμού από μέταλλο έχει αναπτυχθεί από μια εταιρεία που ονομάζεται ExOne. Εδώ ένα στρώμα από χαλκό, ανοξείδωτο χάλυ- βα ή σκόνη νικελίου-χρωμίου απλώνεται και μια κεφαλή εκτύπωσης κινείται πάνω σε αυτό ψεκάζοντας επιλεκτικά το διάλυμα συνδετικού υλικού . Μια λάμπα θέρμανσης στη συνέχεια στεγνώνει το στρώμα, ένα φρέσκο στρώμα σκόνης εφαρμόζεται από πάνω του, και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Αφού όλα τα στρώματα έχουν εφαρ- μοσθεί, το αντικείμενο στη συνέχεια τοποθετείται σε ένα φούρνο για να στεγνώσει πλήρως το συνδετικό υλικό . Σε αυτό το στάδιο το αντικείμενο είναι ακόμη πολύ εύ-

(18)

θραυστο, αλλά τοποθετείται σε ένα κλίβανο όπου εμποτίζεται με επιπλέον μεταλλική σκόνη . Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένα πολύ στερεό αντικείμενο που είναι τουλάχι- στον 99,9 τοις εκατό στερεό μέταλλο .

3.6 ΜΕΘΟΔΟΣ POWDER BED FUSION

Χρησιμοποιεί ένα λέιζερ , δέσμη ηλεκτρονίων ή άλλη πηγή θερμότητας για την επιλεκτική σύντηξη των διαδοχικών στρωμάτων σκόνης . Η τεχνολογία χρησι- μοποιεί πάρα πολλά ονόματα , συμπεριλαμβανομένων των « σύντηξη με λέιζερ » ( LS ) , « επιλεκτική πυροσυσσωμάτωση λέιζερ ( SLS )« άμεση σύντηξη μετάλλων με λέιζερ ( DMLS) , «επιλεκτικής πυροσυσσωμάτωσης θερμότητας» ( SHS ) , laser CUSING και « δέσμη ηλεκτρονίων τήξης " ( EBM ) . Τα υλικά κατασκευής προέρχο- νται από πλαστικά - όπως νάιλον - σε μέταλλα που περιλαμβάνουν αλουμίνιο, χαλκό , χάλυβα, κράματα νικελίου , κοβαλτίου-χρωμίου , σιδήρου, τιτανίου και την υψηλή απόδοση των κραμάτων νικελίου-χρωμίου . Είναι επίσης δυνατό να δημιουργηθούν αντικείμενα χρησιμοποιώντας νέα σύνθετα υλικά όπως « alumide » , η οποία είναι ένα κονιοποιημένο μίγμα νάιλον και αλουμίνιο.

7.Εκτυπωμένα σε τρισδιάστατο εκτυπωτή μεταλλικά κομμάτια με τη μέθοδο powder bed fusion.

Η Μέθοδος Powder bed fusion είναι σήμερα πολύ δαπανηρή και περίπλο- κη για να τη διαχειριστεί κανείς. Ακόμη και έτσι , η τεχνολογία έχει αρχίσει να χρησι- μοποιείται για την παραγωγή πολύ υψηλής ποιότητας βιομηχανικών εξαρτημάτων , συμπεριλαμβανομένων των μπεκ καυσίμου και άλλα εξαρτήματα αεροδιαστημικής και πυραύλων . Είναι επίσης ήδη δυνατή η παραγωγή μικρών μεταλλικών εξαρτημά- των στην επιφάνεια εργασίας χρησιμοποιώντας τη Realizer SLM 50 Powder bed fusion εκτυπωτή 3D

(19)

8.Επιτραπέζιος 3D printer Realizer SLM 50 με απευθείας εκτύπωση μετάλλου

3.7 DIRECTED ENERGY DEPOSITION

Χρησιμοποιεί ένα λέιζερ ή άλλη πηγή θερμότητας για να συντηχθεί το κονι- οποιημένου υλικό κατασκευής καθώς αυτό αποτίθεται . Σε αντίθεση με τη Μέθοδο Powder bed fusion, εδώ το κονιοποιημένο υλικό κατασκευής εναποτίθεται από ένα ακροφύσιο σε ένα υψηλής ισχύος λέιζερ ή με δέσμη ηλεκτρονίων που το συντήκει σε στερεό μέταλλο. Τα υλικά κατασκευής περιλαμβάνουν χάλυβα , χαλκό, νικέλιο και τιτάνιο .

Η τεχνολογία είναι επίσης μοναδική στο ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τη δημιουργία νέων τμημάτων , αλλά επίσης να συντήκονται τα μέταλλα από τα υφιστάμενα τμήματα , όπως φθαρμένα ή κατεστραμμένα πτερύγια αεροστρο- βίλων.

3.8 ΜΕΘΟΔΟΣ SHEET LAMINATION

Κολλάνε μεταξύ τους φύλλα κομμένα χαρτί, πλαστικό ή μέταλλο . Για παρά- δειγμα , 3D εκτυπωτές που κατασκευάζονται από την Mcor δημιουργούν δεσμίδες χαρτιού αντιγραφής που μπορούν επίσης να ψεκάζονται με έγχρωμα μελάνια για να δημιουργήσει απίστευτα λεπτομερή έγχρωμα μοντέλα , όπως το μπολ με φρούτα που απεικονίζεται παρακάτω . Εν τω μεταξύ, η Fabrisonic χρησιμοποιεί μια διαδικα- σία συγκόλλησης με χρήση υπερήχων για την κατασκευή αντικειμένων από φύλλα μεταλλικού φύλλου .

(20)

9.Το φάσμα των εφαρμογών

Η βιομηχανία εκτύπωσης 3D εξυπηρετεί ήδη τέσσερα αρκετά διακριτά τμή- ματα της αγοράς , τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια της ωρίμανσης . Όπως φαίνεται στο διάγραμμα παρακάτω , η πιο ώριμη αγορά για 3D εκτύπωση περιλαμ- βάνει την παραγωγή των πρωτοτύπων . Στη συνέχεια, και αυξανόμενη πολύ γρήγο- ρα , έχουμε τη χρήση της 3D εκτύπωσης για την κατασκευή των καλουπιών και άλλα εργαλεία από τα οποία είναι κατασκευασμένα τα τελικά προϊόντα . Μετά από αυτό έρχεται απευθείας η ψηφιακή κατασκευή ( DDM ) - ή με άλλα λόγια, η χρήση του 3D εκτυπωτή για να κάνει τα τελικά προϊόντα ή μέρη αυτών. Και τέλος, έχουμε την πολύ νέα αγορά για την προσωπική παραγωγή .

3.9 ΤΑΧΕΙΑ 3D ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΠΡΩΤΟΤΥΠΩΝ

Από τα τέλη της δεκαετίας του 1980 , η 3D εκτύπωση έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία πρωτοτύπων. Αυτά μπορούν να επιταχύνουν σημαντικά ή αλλιώς να βοηθήσουν τις διαδικασίες σχεδιασμού και προ-παραγωγής , και ως εκ τούτου μπορεί να σώσει τις επιχειρήσεις από πολλά χρήματα , καθώς και τη βελτίωση της λειτουργίας των τελικών προϊόντων . 3D Εκτυπωτές υλικού εξώθησης κοστίζοντας μερικές χιλιάδες και μερικές φορές ακόμη και μερικές εκατοντάδες δολάρια μπορούν πλέον να κάνουν αξιοπρεπή πρωτότυπα σε πολλές καταστάσεις . Πιο ακριβοί εκτυ-

(21)

πωτές 3D τεχνολογίας είναι οι material jetting or powder bed fusion μπορούν πλέον να παράγουν επίσης, εξαιρετικά λεπτομερή , λειτουργικά πρωτότυπα από ένα ευρύ φάσμα των υλικών , σε πλήρες χρώμα . Υπάρχει ήδη ς 3D εκτυπωτής – ο DragonFly 2020 - που μπορεί να εκτυπώνει 3D πρωτότυπο πλακετών κυκλωμάτων .

3.10 3D ΕΚΤΥΠΩΣΗ ΚΑΛΟΥΠΙΩΝ ΚΑΙ ΑΛΛΑ ΕΡΓΑΛΕΙΑ

Η ταχύτερα αναπτυσσόμενη περιοχή της εφαρμογής εκτύπωσης 3D είναι η προσθετική κατασκευή εργαλείων παραγωγής . Παραδοσιακά , τα καλούπια , τα πρότυπα και άλλα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για να κάνουν τελικά προϊόντα είναι χειροποίητα με πολύ σημαντικό κόστος . Για παράδειγμα , τα καλούπια που χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν τα πλαστικά μέρη κοστίζουν συχνά δεκάδες χιλιάδες δολάρια. Αντίθετα , είναι πλέον δυνατή η χρήση των 3D εκτυπωτών για να παράγουν χύτευση με έγχυση χαμηλού κόστους, μερικές εκατοντάδες δολαρίων , ενώ ο παραδοσιακός τρόπος κατασκευής καλουπιών θα κόστιζε μερικές χιλιάδες . Η επίδραση του 3D εκτύπωση σε παραδοσιακές διαδικασίες παραγωγής μπορεί επο- μένως να είναι δραματική.

11.Τρισδιάστατα εκτυπωμένα καλούπια και σχέδια

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω η μέθοδος binder jetting είναι επίσης δυνα- τόν τώρα να εκτυπώνει 3D, πυρήνες άμμου χύτευσης και καλούπια. Ο Παραδοσια- κός τρόπος χύτευσης με άμμο απαιτεί ξύλινα σχέδια κυκλικά , γύρω από τα οποία είναι η άμμος χύτευσης. Κατόπιν το προκύπτον καλούπι πρέπει να αφαιρεθεί (όχι πάντα εύκολη ή επιτυχής λειτουργία), πριν το λιωμένο μέταλλο χυθεί στο καλούπι.

Με τη χρήση 3D εκτυπωτών (όπως το S-Max + από ExOne) για την κατα- σκευή καλουπιών χύτευσης, οι εταιρείες κερδίζουν το κόστος κατασκευής των παρα- δοσιακών καλουπιών χύτευσης. Μπορούν επίσης να φτιάξουν πιο περίπλοκα μέρη από καλούπια άμμου που θα ήταν αδύνατο με παραδοσιακά μέσα. Για άλλη μια φο- ρά το κόστος εξοικονόμησης χρόνου και χρήματος μπορεί να είναι πολύ σημαντικό..

Επίσης, χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο σε παραδοσιακές μεθόδους χύτευσης μετάλλων 3D τυπωμένα υποκατάστατα των ξεχασμένων κέρινων προτύ- πων . Εδώ 3D εκτυπωτές βασιζόμενοι σε υλικά εξώθησης ή φωτοπολυμερισμού πα-

(22)

ράγουν αντικείμενα που μοιάζουν με κερί που αργότερα περιβάλλονται από ένα παραδοσιακό υλικό χύτευσης (όπως γύψο του Παρισιού). Το προκύπτον καλούπι στη συνέχεια θερμαίνεται, το υποκατάστατο κεριού τήκεται και αποστραγγίζεται μα- κριά, και το τηγμένο μέταλλο και πάλι εισάγεται στο καλούπι. Η χρήση των 3D τυπω- μένων σχεδίων -υποκατάστατου κεριού είναι ιδιαίτερα δημοφιλής στο κόσμημα ή άλ- λες βιομηχανίες που κάνουν μικρά, χαμηλού τζίρου, περίτεχνα μεταλλικά μέρη.

3.11 ΆΜΕΣΗ ΨΗΦΙΑΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ (DDM )

Σύμφωνα με την Αμερικανική Εταιρεία Παραγωγής Μηχανικών, η απευθεί- ας ψηφιακή κατασκευή (DDM) αναφέρεται στη «διαδικασία της μετάβασης απευθείας από μια ηλεκτρονική ψηφιακή αναπαράσταση ενός μέρους στο τελικό προϊόν μέσω additive manufacturing». Σε μερικές περιπτώσεις, ορισμένα τέτοια τελικά προϊόντα μπορεί να είναι καλούπια ή άλλα αντικείμενα εργαλείων όπως αναφέρθηκε παραπά- νω. Ωστόσο, σε βιομηχανικούς τομείς, συμπεριλαμβανομένων των χώρων, αεροδι- αστημικής, την κατασκευή αυτοκινήτων, την υγειονομική περίθαλψη, κατασκευή παι- χνιδιών, την τέχνη-και-χειροτεχνία, σχεδιαστών, αγαθών και μόδας, αρχίζουμε να παρακολουθούμε την εφαρμογή της 3D εκτύπωσης για την κατασκευή απευθείας τε- λικών προϊόντων ή μέρη αυτών.

Οι οδηγοί της DDM Επανάστασης είναι πολυπληθείς, και περιλαμβάνουν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει την εκτύπωση 3D για τη βελτιστοποίηση της γεωμε- τρίας των τελικών τμημάτων (συχνά εξοικονόμηση πρώτων υλών στη διαδικασία), για να κάνουν τα μέρη με γεωμετρίες που δεν θα μπορούσε να δημιουργηθεί μέσω των παραδοσιακών μέσων, και να κάνει χαμηλού κόστους, ιδιαίτερα εξατομικευμένων προϊόντων που δεν θα είναι οικονομικά αποδοτική η κατασκευή τους χωρίς 3D ε- κτύπωση..

Αυτή τη στιγμή, Εταιρείες που κυριαρχούν την ψηφιακή κατασκευή (DDM) είναι στον τομέα του διαστήματος και της αεροδιαστημικής. Για παράδειγμα, η SpaceX έχει ήδη πετάξει ρουκέτες Falcon 9 με 3D τυπωμένη κύρια οξειδωτική βαλβί- δα, και χρησιμοποιεί τη Μέθοδο Powder bed fusion 3D εκτύπωσης των θαλάμων κι- νητήρα για επικείμενη επανδρωμένη διαστημική κάψουλα πληρώματος.

Στην επικρατούσα αεροπορική τάση, η Airbus τώρα ενσωματώνει 3D τυ- πωμένα στοιχεία σε αεροσκάφη της, με τα τελευταία XWB A350 της να περιέχουν πάνω από 1.000 3D τυπωμένα εξαρτήματα. Εν τω μεταξύ, στο νέο κινητήρα τζετ CFM LEAP η GE ενσωματώνει αρκετά 3D τυπωμένα μέρη. Πιο συγκεκριμένα, περι- λαμβάνουν ένα εξάρτημα που θα ήταν αδύνατο να γίνει με χρήση συμβατικών μεθό- δων κατασκευής.

Πάνω στον τομέα της αυτοκινητοβιομηχανίας, η 3D εκτύπωση χρησιμοποι- είται ευρέως για να κάνει τα μέρη για την F1. Περισσότερα εκπληκτικά αποτελέσματα παρουσιάζει, μια εταιρεία που ονομάζεται Local Motors. Σκοπεύει να ξεκινήσει ένα

(23)

όχημα που ονομάζεται LD3M Swim που θα είναι «περίπου το 75 τοις εκατό 3D τυ- πωμένο κατ 'όγκο».

12.Ο τομέας της ιατρικής είναι σημαντικός τομέας εφαρμογής της ψηφιακής κατασκευής

Στους τομείς, της αεροδιαστημικής και αυτοκινήτων τα βασικά πλεονεκτήμα- τα της 3D εκτύπωσης έχουν βελτιστοποιήσει τη γεωμετρία των εξαρτημάτων, εξοικο- νομώντας ακριβά υλικά, και μειώνοντας το κόστος παραγωγής. Αντίθετα, στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης πιο σημαντικό όφελος είναι της προσαρμογής. Ήδη, τουλάχιστον στις Ηνωμένες Πολιτείες, 3D εκτύπωση εμπλέκεται στην «ψηφιακή οδο- ντιατρική», με συσκευές για την οδοντιατρική να είναι συνήθως 3D εκτύπωσης. Η 3D εκτύπωση επιπρόσθετα αρχίζει να χρησιμοποιείται στην παρασκευή προσθετικών μελών..

Αυτή τη στιγμή, άλλοι αξιοσημείωτοι πρωτοπόροι της άμεσης ψηφιακής πα- ραγωγής περιλαμβάνουν την κατασκευή του κοσμήματος, επώνυμα προϊόντα και παιχνίδια..

3.12 ΠΡΟΣΩΠΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

Από ορισμένες απόψεις, η αγορά για προσωπική χρήση 3D εκτύπωσης τώρα αναπτύσσεται πολύ γρήγορα, με πάνω από ένα εκατομμύριο 3D εκτυπωτές για προσωπική χρήση ενδέχεται να πωλούνται ετησίως από το 2020. Ωστόσο, τα είδη των αντικειμένων που μπορούν σήμερα να κατασκευαστούν σε προσωπικούς 3D εκτυπωτές είναι εξαιρετικά περιορισμένες. Παρά την εκπλήρωση των ονείρων ορι- σμένων ενθουσιωδών ,οι προσωπικοί 3D εκτυπωτές είναι μια κατηγορία προϊόντων σε ένα πολύ, πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, με το υλικό που θα επιτρέψει κανονικά στους καταναλωτές να κατασκευάζουν ένα ευρύ φάσμα προϊόντων είναι απίθανο να φτάσει στην αγορά σε μια δεκαετία ή περισσότερο.

Για εκείνους που θέλουν να πάρουν κάτι εκτυπώνοντας , αλλά που δεν δια- θέτουν έναν εκτυπωτή 3D , υπάρχει τώρα μια μεγάλη υπηρεσία που ονομάζεται 3D Hubs . Αυτή συνδέει ιδιοκτήτες 3D εκτυπωτή με άλλους που αναζητούν τοπικά μια εκτύπωση , και επιτρέπει στην τελευταία να μεταφορτώσει τα 3D αρχεία , και ο πρώ- ην για να κερδίσει κάποια χρήματα από την εκτύπωσή τους . Ήδη περίπου 30.000

(24)

ιδιοκτήτες 3D εκτυπωτή είναι μέρος του δικτύου 3D Hubs , παρέχοντας έτσι σε πάνω από ένα δισεκατομμύριο ανθρώπους υπηρεσία 3D εκτύπωσης .

4. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 3D PRINTING

Η επιλογή του κατάλληλου 3DPrinter, μπορεί να αποδειχτεί δύσκολο έργο. Σήμε- ρα υπάρχουν αρκετές διαθέσιμες τεχνολογίες αλλά και σημαντικές διαφορές, στον τρόπο λειτουργίας και τις δυνατότητες. Οι ανάγκες σε αντοχή και ακρίβεια των μοντέ- λων, η ύπαρξη χρώματος, η παραγωγικότητα, η ταχύτητα, το κόστος και τα διαθέσι- μα υλικά είναι μόνο μερικοί από τους παράγοντες που θα πρέπει να λάβει κανείς υ- πόψη, επιλέγοντας τον κατάλληλο 3D printer.

4.1 ΟΠΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ - VISUALIZATION

Τα “concept models” επιδρούν από τις αρχικές φάσεις του σχεδιασμού και έχουν σημαντικό αντίκτυπο στα στάδια του design και της παραγωγής που ακολου- θούν. Διαλέγοντας κανείς τον σωστό δρόμο, μεταξύ των εναλλακτικών, στο σχεδια- σμό, ελαχιστοποιεί δαπανηρές αλλαγές σε μεταγενέστερα στάδια, επιταχύνει τη δια- δικασία ανάπτυξης αλλά και την έξοδο στην αγορά στον ελάχιστο δυνατό χρόνο. Κα- τά το στάδιο του design είναι σημαντικό να μπορεί κάποιος να εξετάσει γρήγορα και οικονομικά εκδοχές των μοντέλων που μοιάζουν με τα τελικά προϊόντα και δεν είναι ανάγκη να είναι πλήρως λειτουργικά. Σημαντικά κριτήρια για εκείνους που θα επιλέ- ξουν έναν 3D Printer για Concept Models είναι η ταχύτητα εκτύπωσης των διάφορων εναλλακτικών λύσεων, το κόστος των μοντέλων, η δυνατότητα έγχρωμων μοντέλων και η πιστότητα σε σχέση με το πραγματικό προϊόν, έστω εμφανισιακά.

1.Χρήση 3D Printer για ανάγκες οπτικοποίησης του αποτελέσματος

(25)

2.Χρήση 3D Printer για έλεγχο ενός έγχρωμου concept model

4.2 ΠΡΩΤΟΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ - PROTOTYPING

Καθώς η διαδικασία του design εξελίσσεται, οι σχεδιαστές θα πρέπει να επιβεβαιώσουν τη λειτουργικότητα του προϊόντος, όπως αυτό έχει προβλεφθεί. H ύπαρξη ενός 3D Printer που εξυπηρετεί τέτοιους σκοπούς, εντός της εταιρίας, θα επι- τρέψει την έγκαιρη ανίχνευση λαθών και την αναθεώρησή τους. Οι εφαρμογές prototyping μπορούν να αφορούν έλεγχο λειτουργικότητας (functional testing), συ- ναρμολόγησης (assembly), συναρμογών κτλ. Σημαντικά κριτήρια για εκείνους που θα επιλέξουν έναν 3D Printer για πρωτοτυποποίηση είναι η ακρίβεια των μοντέλων, η απόδοση των λεπτομερειών και η συμπεριφορά των υλικών.

3.Χρήση 3D Printer για prototyping 4.Χρήση 3D Printer για έλεγχο assembly 4.3 DIGITAL MANUFACTURING

Κάποιες τεχνολογίες 3D Printing μπορούν να αποδώσουν γεωμετρίες, χω- ρίς τους περιορισμούς των συμβατικών μεθόδων παραγωγής και κατεργασιών, επι- τρέποντας στους σχεδιαστές να απελευθερώσουν όλη τους τη δημιουργικότητα.

(26)

Το κόστος παραγωγής μειώνεται αισθητά λόγω του αυξημένου ρυθμού παραγωγής και των περιορισμένων απαιτούμενων πόρων σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθό- δους. Το τελικό προϊόν μπορεί να παραχθεί απευθείας μέσω πλαστικού μοντέλου (ή ακόμη και μεταλλικού) ή εμμέσως μέσω κέρινου/χυτεύσιμου μοντέλου και παρεμβο- λής διαδικασίας χύτευσης/καλουπιού. Στη συγκεκριμένη κατηγορία θα μπορούσαν να ενταχθούν και κάθετες αγορές όπως το κόσμημα, οι οδοντοτεχνικές εφαρμογές και κάποιες εξειδικευμένες ιατρικές εφαρμογές εμφυτεύματα, προσθετικά μέλη κτλ) Για εφαρμογές Digital Manufacturing είναι απαραίτητη η υψηλή ακρίβεια αλλά και ειδικά υλικά εκτύπωσης εστιασμένα στις ανάγκες τις εκάστοτε παραγωγής.

5.Χρήση 3D Printer για παραγωγή μεταλλικού εξαρτήματος από κέρινο μοντέλο

6.Χρήση 3D Printer για παραγωγή οδοντοτεχνικών μοντέλων

7.Χρήση 3D Printer για παραγωγή κoσμημάτων

(27)

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού 4.4 PRE-PRODUCTION

Όταν η διαδικασία της ανάπτυξης του προϊόντος ολοκληρωθεί, θα πρέπει να οργανωθεί το ξεκίνημα της παραγωγής. Στο στάδιο αυτό θα απαιτηθούν ιδιοσυ- σκευές, custom εξαρτήματα αλλά και καλούπια. Η χρήση ενός 3d printer σε αυτό το στάδιο , θα μπορούσε να λειτουργήσει υποστηρικτικά όταν και αν αυτό χρειαστεί. (εικ.

10) Τα κριτήρια ενός 3d printer που θα βοηθήσουν σε αυτό το στάδιο είναι η ακρίβει- α, η λεπτομέρεια και η λειτουργικότητα των προς εκτύπωση βοηθητικών για την πα- ραγωγή τεμαχίων.

8.Χρήση 3D Printer για – Preproduction 4.5 H^OBBYIST

Τα τελευταία χρόνια εμφανίστηκαν στην αγορά οικονομικοί 3D Printers που στόχο έχουν να καλύψουν ανάγκες στην εκπαίδευση, τις τέχνες και τα διάφορα χό- μπυ όπως ο μοντελισμός, μεταξύ άλλων. Τα κριτήρια αγοράς ενός 3d printer της συ- γκεκριμένης κατηγορίας είναι η οικονομική τιμή αγοράς μηχανήματος και υλικών και η φιλικότητα χρήσης.

9.Οικιακός 3D Printer

(28)

Τμήμα Μηχανικών Αυτοματισμού 4.6 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΠΟΔΟΣΗΣ 3D PRINTER

Η επιλογή του κατάλληλου 3D Printer καθορίζεται από αρκετούς παράγο- ντες. Συνήθως κάποια εταιρία επιλέγει τον 3D Printer που ικανοποιεί τα περισσότερα κριτήρια βάση των αναγκών της. Κάτι πολύ σημαντικό λοιπόν κατά τη διαδικασία επι- λογής ενός 3D Printer, είναι να καθοριστούν οι ανάγκες της εταιρίας σαφώς. Εδώ εί- ναι μερικά συγκεκριμένα χαρακτηριστικά τα οποία θα πρέπει να εξεταστούν κατά τη σύγκριση μεταξύ διαφορετικών μοντέλων και τεχνολογιών.

4.7 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΕΚΤΥΠΩΣΗΣ

Ανάλογα με τον κατασκευαστή και την τεχνολογία, η ταχύτητα εκτύπωσης μπορεί να ερμηνεύεται διαφορετικά. Κάποιοι 3D εκτυπωτές τυπώνουν καθ’ ύψος.

Έχουν, δηλαδή, σταθερές κάθετες ταχύτητες εκτύπωσης ανεξάρτητα από τη γεωμε- τρία και των αριθμό των μοντέλων που τυπώνονται σε μία εργασία εκτύπωσης. Οι 3D printers αυτοί χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερα υψηλή παραγωγικότητα. Ενδεικτικές τεχνολογίες 3D Printing οι οποίες χαρακτηρίζονται από υψηλή παραγωγικότητα είναι οι τεχνολογίες Multijet, Colorjet και Film

10.Multijet 11. Ενδεικτική Τεχνολογία εκτύπωσης καθ’ ύψος 4.8 TRANSFER IMAGING.

Μια άλλη μέθοδος για να περιγράψει κανείς την ταχύτητα εκτύπωσης είναι ως προς το χρόνο που απαιτείται για να εκτυπωθεί συγκεκριμένος όγκος υλικού. Η μέθοδος αυτή επιτρέπει την γρήγορη εκτύπωση ενός τεμαχίου, αλλά παρατηρείται σοβαρή καθυστέρηση όταν ο αριθμός των εξαρτημάτων ή η πολυπλοκότητα της γε- ωμετρία αυξηθούν. α λ ε ι ο

4.9 ΚΟΣΤΟΣ

Το κόστος συνήθως εκφράζεται ανά κυβικό εκατοστό υλικού. Είναι σημα- ντικό ωστόσο όταν κάποιος προσπαθεί να υπολογίσει το κόστος να λάβει υπόψη ό- λους τους παράγοντες που το διαμορφώνουν. Το σημαντικότερο κόστος είναι το υλι-